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1、BIOLOG在土壤微生物群落功能多样性研究中的应用近年来,生物学家在土壤方面的微生物群落的相关研究中采用BIOLOG技术,该种技术有助于提高生物反应的灵敏度,并促使研究人员能够更加清楚地分辨这些变化。而在BIOLOG技术下的微生物研究不需要采用分离的方式来培养纯种的微生物,能够保留住微生物的群落原有的特性。研究人员在BIOLOG技术的支持下清晰地记录下生物反应的相关数据,并在计算机中存储研究数据及研究结果。该种技术能够在很大程度上提高研究人员的研究效率,并使微生物研究的成功率提高。 1 BIOLOG技术释义 BIOLOG技术是由美国一家叫做BIOLOG的公司在1989年开始研发的,当时该公司将
2、95种唯一碳源放在一起,进行了生物化学反应的相关测试。而该技术就是在该种研究中被应用1。BIOLOG技术最早用于对纯种的微生物鉴定。后来研究人员已经能够体会BIOLOG技术在生物研究中所带来的益处,将该技术运用到更多的领域当中。如今,BIOLOG技术已经能够用于鉴定细菌、霉菌等多种病原微生物。Garland和Mill两位生物研究人员在1991年将BIOLOG技术的应用领域再一次拓展,在土壤的微生物研究中采用了该种技术,并研究了微生物的群落是怎样的生物反应。 2 BIOLOG技术在土壤的微生物群落的功能研究原理 BIOLOG技术的研究载体是一个拥有多达96个孔洞的微孔板。在研究的过程中,研究人员
3、通常会将其中的95个孔都加入不同的单一碳源并在其中添加四唑染料。那么,在微孔板中还剩余一个孔,研究人员利用剩余的一个孔进行对照试验,在保障该孔洞不被加入碳源的同时,加入适量的水,以此来观察该对照孔洞与其他孔洞的不同2。在微生物与该微孔板连接时,微生物将会与孔洞中的原料发生不同的反应。其中添加了碳源的孔洞将会产生氧化还原现象,而孔洞中的四唑染料也将在微生物的作用下变成紫色。此实验能够为研究人员提供一定的数据,表示该微生物能够利用该种碳源。BIOLOG技术已经建立了包括1 449种细菌信息的数据库,该数据库能够为利用BIOLOG技术的研究人员提供关于鉴定微生物是否被分离纯化的结果信息。而当Garl
4、and和Mill两位研究人员将该技术运用到土壤的微生物研究中时,BIOLOG技术将以相似的原理来显示关于土壤微生物的群落多功能性的鉴定结果,并帮助研究人员分析土壤的微生物群落是否存在代谢多样化的现象。 3 BIOLOG技术在土壤的微生物群落的多样性功能研究中存在的问题 基于BIOLOG技术的突然微生物的功能多样性研究尽管在很早以前就已经有研究人员研究实验,但时至今日,该研究还是会存在着一定的问题。 在对土壤的微生物群落研究当中,研究人员需要根据不同产生地点或者在同一地点,但在不同时间产生的微生物的物种来进行不同BIOLOG技术下微孔板的相关实验3。在实验当中,微孔板中不同的培养基其微生物的细胞
5、活跃度也将产生不同的反应。而研究人员不仅需要清晰且有规律地记录下每种反应结果的相关数据,还要观察微孔板中不同孔洞的四唑染料颜色变化,如此才能正确判断出土壤的微生物群落的功能。当然,在土壤的微生物群落实验当中并不能很容易地判断实验结果,多种微生物在不同的微孔板中其颜色反应及其他的生物细胞反应都不一样,也不是研究人员通过将数据简单的相加就能够计算出不同的生物群落所具有的功能性。这些反应的密度十分大,研究人员需要时刻的观察该类反应的变化,而细胞本身是非常微小的事物,其变化的时间不确定,不同的培养基内的微生物变化现象也不同。因此,研究人员在BIOLOG技术下的土壤微生物研究会产生诸多问题。 一些研究人
6、员会因为来不及观察培养基中微生物的细微变化,而使实验数据记录出现错误,有些研究可能会由于研究过程中的相关物质添加不准确而造成实验失去意义4。实验过程中还可能引发的问题是研究人员来不及确定培养基的时间度读数,因此而错过了微孔板中一些孔洞的颜色变化。在土壤的微生物研究当中,BIOLOG技术下对于微孔板的接种密度将影响到整个研究的结果。而一旦对于微孔板中的孔洞接种密度存在了差异,就会使微生物与碳源之间的反映出现不同的表现结果。 4 BIOLOG技术在土壤的微生物群落的多样性功能研究中问题的解决方法 要想解决BIOLOG技术在土壤的微生物群落的多样性功能研究中的问题,研究人员首先要把握住整个BIOLO
7、G技术的操作要点。从土壤的样品采集以及其接种实验的方面考虑,需要考虑到群落的相关变异5。设置多种验证群落变异的相关实验,尽量采用多次处理的方式来进行取样。将取得的样品放置到一起,以免因为样品的防止地点不同,而使样品存在差异。而在取出单个样品时,研究人员需要采用灭菌的形式加入磷酸的缓冲液。依次将样品放入到接种的板中。研究人员需要对样品接种过程中的读数进行纠正,以避免初始时间的读数错误。从微孔板的培养步骤考虑,在BIOLOG技术下,将细菌版防止在固定的温度当中,避免因为温度变化而带来的细菌变异。微孔板的固定培养温度需要是在1528。C6。关于微孔板读数的相关操作,需要掌握读数的波长以及数据的光密度
8、,确保在590 nm的波长下对微孔板进行监测,并掌握平均的孔颜色。由于土壤微生物的群落研究需要进行多种研究,所以研究人员需要注意数据的分析和激励。在众多的数据当中,研究人员需要掌握更为科学的数据分析方法,从而进行主成分的分析及聚类的分析。 在进行土壤的微生物群落实验时,除了要对以上问题进行注意并纠正以外,还需要在微孔板的培养过程中注意96个孔的原始差异,并对不同孔的数据进行细致的激励,确保研究人员能够观察出在单一碳源的影响下,不同的样品的功能差异。而在实验当中接种密度已经为研究人员的实验带来的难题,但只要研究人员注意孔洞的实验数据变化,就能够缓解由于密度过大而带来的颜色扩展影响,从而使研究人员
9、更容易分辨出微孔板中不同孔中的样品反映。在读数的过程中,研究人员也要固定水平的AWCD,如此读出的数值能够与微孔板的数值进行对比,从而使研究人员能够对微孔板内的数值进行重复读数。只要研究人员根据多次读数的数值筛选出接近水平AWCD所读出的数值,就能够作为实验的参考数值来参与数据的分析7。此种方法能够有效的减少实验结果的差异,并使研究人员更轻易的完成读数的工作。当然,要想排除接种过程中所产生的差异问题,研究人员也可以在接种之前将浓度调节到接近一致的数值,以此来减小接种过程中所存在的差异。但该种方式并不适用于所有的土壤微生物群落实验。 利用上述方法,研究人员能够更加了解实验的对象及实验的密度,并可以抑制微生物的差异性产生。研究人员严谨的操作实验步骤,避免盲目转换实验数值,使接种密度以及光密度都保持在一定的数值内,完成了对土壤微生物群落的实验,排除了实验中存在的关键性技术问题,使实验结果更加真实。 5 结论 尽管基于BIOLOG技术的土壤微生物的群落实验还有一些遗留问题需要研究,但其功能的多样性已经能够在BIOLOG技术的支持下被研究人员实验出来。相信只要研究人员克服了在研究中的技术问题,并保持对实验的严谨态度,就能够得出最真实的实验结果。而BIOLOG技术也将不再局限于土壤的微生物群落实验当中,而是向着更为广阔的领域发展,从而体现BIOLOG技术的真正价值。
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